油井液面數據動態電子採集儀的製作方法
2023-09-18 10:53:10 1
本實用新型涉及油井數據採集技術領域，尤其涉及油井液面數據動態電子採集儀。
背景技術：
隨著信息技術的飛速發展，各種實時數據的採集和處理在現代工業控制中已成為必不可少的。現代控制系統的發展逐漸向開放式、分布式系統發展，即是一個集實時數據採集、數據處理與決策於一體的數據控制系統。這樣的控制系統採集的數據準確、及時，能夠提供準確而又及時的系統決策。
20世紀90年代中後期掀起的信息浪潮，極大的推動人類社會各行業技術革新的迅速發展。隨著石油科技的發展，石油工業正向智能化和信息化過渡。石油資源是世界各國的重要資源，它關係到國民經濟的正常運行，所以油井的管理和監控成為備受關注的大事。全球經濟的發展使國際原油價格對我國的採油行業產生了很大的影響，減員曾效，降低生產成本，提高勞動效率，減少安全隱患，使油田行業當前和今後一段時期的主要任務。
油田很多位於沼澤、沙漠、盆地和淺海等地區，遠離城市，交通不便。傳統的人工巡檢、數據採集以及相對落後的監控手段，往往需要投入大量的人力、物力、財力來維護生產設備的運轉。如果沒有一套行之有效、切實可行網絡化監測管理手段，加之油田存在一些不安全因素，就有可能導致油井的正常生產秩序遭到破壞。
在油田採油作業中，經常需要採集油井的壓力、流量、溫度等數據，這些數據時油井作業的重要信息，它們反應了油井的工作狀況。由於油井一般設在野外空曠的地區，不宜於頻繁的人工巡井和現場數據採集。我國陸上油田無論沙漠、高原還是嚴寒地帶，油井的數據採集基本上靠人工完成，無論盛夏酷暑還是冰雪寒天，採油工都必須到現場採集油井壓力、流量、溫度等數據，工人勞動強度大，數據的準確可靠性依賴於採油工人的工作責任心。海上油田的生產就更加困難了，常常要藉助於龐大的運輸管線來降低現場管理難度，採集的油井數據經常受到天氣變化和交通工具的影響而無法正常獲得，嚴重影響了油井的正常管理。
現有技術的油田開發的遠程監控系統仍然存在不足之處，其缺點總結如下：
(1)產品硬體設備成本高，一次性投入較大；
(2)傳輸距離短，一般傳輸距離為10公裡，不利於長距離的數據傳輸；
(3)為了增加傳輸距離，必須把天線架高，這樣存在易遭受雷擊、靜電等問題；
(4)微波通信的主要方式是視距通信，超過視距以後需要中斷轉發；
(5)光纜通信屬於有線通信，需要鋪光纜，在環境惡劣、地勢險要的地方不宜採用有線方式進行通信。
技術實現要素：
有鑑於現有技術的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供油井液面數據動態電子採集儀，以解決現有技術的不足。
為實現上述目的，本實用新型提供了油井液面數據動態電子採集儀，其特徵在於：包括中央控制機構、上位控制計算機、網關、CAN總線和多個遠程數據採集模塊，所述中央控制機構與網關連接，所述網關通過CAN總線與多個遠程數據採集模塊連接，所述上位控制計算機也通過CAN總線與多個遠程數據採集模塊連接；所述遠程數據採集模塊包括單片機和與單片機電連接的電源電路、顯示電路、復位電路、晶振電路、鍵盤電路、報警電路、A/D轉換模塊和CAN控制器，所述A/D轉換模塊輸入端分別與第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路電連接，所述第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路電連接分別與第一濾波電路、第二濾波電路、第三濾波電路電連接，所述第一濾波電路、第二濾波電路、第三濾波電路分別與壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器電連接，所述CAN控制器依次通過CAN驅動器、CAN總線接口與CAN總線連接。
上述的油井液面數據動態電子採集儀，其特徵在於：所述單片機為AT89S52單片機。
上述的油井液面數據動態電子採集儀，其特徵在於：所述壓力傳感器採用QYP110系列壓阻式壓力傳感器。
上述的油井液面數據動態電子採集儀，其特徵在於：所述流量傳感器採用渦流流量傳感器。
上述的油井液面數據動態電子採集儀，其特徵在於：所述溫度傳感器採用Pt100熱電偶傳感器。
上述的油井液面數據動態電子採集儀，其特徵在於：所述A/D轉換模塊採用MAX197。
本實用新型的有益效果是：
本實用新型結合現代傳感器技術、單片機控制、CAN總線通信等各種高新技術而設計了一套遠程油井數據採集系統。該系統充分利用外網資源，易於構成覆蓋整個油田區域的無線網路，具有投入成本低、功能強大、運行可靠、操作簡單等特點。
以下將結合附圖對本實用新型的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特徵和效果。
附圖說明
圖1是本實用新型的整體結構框圖。
圖2是本實用新型的遠程數據採集模塊結構框圖。
圖3是本實用新型的為CAN節點原理圖。
圖4是本實用新型的濾波、放大電路原理圖。
圖5是本實用新型的溫度傳感器電路原理圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，油井液面數據動態電子採集儀，其特徵在於：包括中央控制機構1、上位控制計算機2、網關3、CAN總線4和多個遠程數據採集模塊5，所述中央控制機構1與網關3連接，所述網關3通過CAN總線4與多個遠程數據採集模塊5連接，所述上位控制計算機2也通過CAN總線4與多個遠程數據採集模塊5連接；所述遠程數據採集模塊5包括單片機51和與單片機51電連接的電源電路52、顯示電路53、復位電路54、晶振電路55、鍵盤電路56、報警電路57、A/D轉換模塊58和CAN控制器59，所述A/D轉換模塊58輸入端分別與第一放大電路512、第二放大電路513、第三放大電路514電連接，所述第一放大電路512、第二放大電路513、第三放大電路514電連接分別與第一濾波電路515、第二濾波電路516、第三濾波電路517電連接，所述第一濾波電路515、第二濾波電路516、第三濾波電路517分別與壓力傳感器518、流量傳感器519、溫度傳感器520電連接，所述CAN控制器59依次通過CAN驅動器510、CAN總線接口511與CAN總線4連接。
本實用新型的單片機採用AT89S52單片機作為主控制器。AT89S52是一種超低功耗，和標準51系列單片機相比較具有運算速度快，抗幹擾能力強，支持ISP在線編程，片內含8k空間的可反覆擦寫1000次的Flash只讀存儲器，具有256bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)，32個I/O口，2個16位可編程定時計數器。其指令系統和傳統的8051系列單片機指令系統兼容，降低了系統軟體設計的難度，電路設計簡單、價格低廉。
A/D轉換模塊採用MAX197，MAX197是Maxim公司推出的具有12位測量精度的高速A/D轉換晶片，只需單一電源供電，且轉換時間很短(6us)，具有8路輸入通道，還提供了標準的並行接口——8位三態數據I/O口，可以和大部分單片機直接接口，使用十分方便。
壓力傳感器採用QYP110系列壓阻式壓力傳感器，壓阻式傳感器是根據半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經擴散電阻而製成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產生形變時，各電阻值將發生變化，電橋就會產生相應的不平衡輸出。用作壓阻式傳感器的基片(或稱膜片)材料主要為矽片和鍺片，矽片為敏感材料而製成的矽壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態壓阻式傳感器應用最為普遍。
流量傳感器採用渦流流量傳感器。高精度，在所有流量計中，屬於最精確的流量計；重複性好；無零點漂移，抗幹擾能力好；範圍度寬。採用抗機械震動，抗衝擊和抗髒汙的結構新設計。採用最先進的集成電路，信號處理精度高，高抗幹擾性，可靠性高。可選用加寬量程型號，獲得優越的小流量性能和擴寬的流量範圍。可選用潛水型流量計，允許長期浸泡在水中工作。
溫度傳感器採用Pt100熱電偶溫度傳感器，熱電偶傳感器具有結構簡單，測量範圍廣，熱慣性小，精準度高，輸出信號遠等優點。
如圖3所示，為CAN節點原理圖。AT89S52是節點的微處理器，作為一個存儲器I/O映像設備，負載對控制器SJA1000初始化，並控制其實現數據的收發等通信任務。在CAN總線通信接口中使用PHILIPS公司的SJA1000和82C250晶片。SJA1000是獨立的CAN通信控制器，用於完成CAN總線通信協議的物理層和數據鏈路層的功能。82C250為高性能、高速CAN收發器，使用它可增大收發距離，提高系統瞬間抗幹擾能力，改良系統的抗電磁幹擾輻射，保護總線，降低射頻幹擾，實現熱防護等。為了進一步提高抗幹擾能力，在CAN總線控制器SJA1000和驅動器82C250之間使用高速光耦器件6N137構成了隔離電路，傳輸介質使用雙絞線(或同軸電纜)分別接在CAN收發器的CANH和CANL引腳。同時在總線兩端CANH和CANL之間加上分離中斷的終端電阻，對總線抗匹配起著相當重要的作用。
如圖4所示，為濾波、放大電路原理圖。前一級運放及其外圍電路組成濾波電路，後一級運放及其外圍電路組成濾波電路組成反相放大電路，用於對壓力、流量、溫度信號進行濾波放大處理。
如圖5所示，為溫度傳感器檢測電路原理圖。熱電阻Pt100溫度傳感器安裝在現場，用於採集油井的溫度。熱電阻Pt100溫度傳感器與R0、R1、R2組成橋式電路，將由於溫度變化所引起的熱電阻的阻值變化轉化成電壓信號送入放大器，最後實現溫度信號採集。
系統的工作原理如下：
如圖1所示，一方面，中央控制機構通過internet、區域網路、CAN總線向分布在現場的遠程數據採集模塊發送數據採集或者執行動作的命令；另一方面，現場遠程數據採集模塊接受到中央控制機構或現場控制計算機的命令後，根據不同的命令完成相應的功能(數據採集或者執行動作)，然後將相關的採集數據或者狀態數據經過處理後發送到總線上，通過總線發送到現場控制計算機或中央控制機構。
節點的硬體結構是以單片機為核心，包括模塊轉換、各種傳感器、CAN控制器、CAN驅動器等組成，如圖2所示。由於數據通信方式採用CAN總線，構成了開放式結構，由傳感器構成的節點模塊可以方便的接入數據採集系統，或從數據採集系統分離，即底層的設備和總線的開放互聯與即插即用，實現了從傳統集中式數據採集系統向模塊化、分布式數據採集系統的結構轉變。
本實用新型結合現代傳感器技術、單片機控制、CAN總線通信等各種高新技術而設計了一套遠程油井數據採集系統。該系統充分利用外網資源，易於構成覆蓋整個油田區域的無線網路，具有投入成本低、功能強大、運行可靠、操作簡單等特點。
以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本實用新型的構思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本實用新型的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。